思南縣道溝屯水庫大壩穩(wěn)定分析及除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

□許朝友（思南縣水務(wù)局）

1.前言

道溝屯水庫位于貴州省銅仁地區(qū)西部思南縣青杠坡鎮(zhèn)，坐落在烏江一級支流六池河上游盲谷“倒勾藤”之中，是一座?。?）型水庫，以灌溉為主，兼有防洪、人飲和水產(chǎn)等綜合效益。水庫總庫容237萬m3，灌溉面積273hm2。

工程始建于1959年冬，次年停工，1977年冬復(fù)工，次年再停工，至1981年5月建成蓄水并投入使用。大壩壩型為土壩，最大壩高30.5m，壩頂寬4.0m，壩底寬159.67m，壩頂高程725.50 m，設(shè)有防浪墻，墻頂高程726.50m。

2003年3月銅仁地區(qū)水利電力勘測設(shè)計(jì)院組織工程技術(shù)人員進(jìn)駐現(xiàn)場，實(shí)地勘察觀測、鉆探、壓水、注水和土工試驗(yàn)，分析計(jì)算。對大壩抗滑穩(wěn)定進(jìn)行了較深入的分析，提出了整體抗滑穩(wěn)定不滿足要求，大壩滲漏，防洪標(biāo)準(zhǔn)低等結(jié)議。

2005年在對該水庫進(jìn)行安全鑒定基礎(chǔ)上，針對壩體和壩基滲漏嚴(yán)重的狀況，完成了除險(xiǎn)加固實(shí)施方案設(shè)計(jì)，并通過了專家審查，提出對大壩進(jìn)行培厚加固和復(fù)合土工膜結(jié)合齒槽帷幕灌漿防滲處理措施。目前壩體培厚加固和灌漿施工已經(jīng)完畢，壩體及壩基滲漏現(xiàn)象得到了有效遏制。

2.大壩存在的問題

庫區(qū)巖層褶皺形態(tài)為北東向背斜，構(gòu)造線走向北東向。構(gòu)造應(yīng)力來自于北西～南東，在區(qū)內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造裂隙結(jié)構(gòu)面主要產(chǎn)狀為走向北東，傾向北西，傾角較陡。出露巖層受構(gòu)造裂隙切割，巖體破碎，庫區(qū)東岸巖層局部褶皺發(fā)育，軸部巖體破碎嚴(yán)重，裂隙發(fā)育。出露巖層傾向312～356°，傾角14～47°，受褶皺及巖層層面呈波狀的影響局部有所變化。巖層走向多為橫向河谷，部分斜向河谷。

大壩樞紐存在的主要問題是壩基及壩體嚴(yán)重滲漏，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

2.1 壩基滲漏

經(jīng)鉆孔揭露，壩基基巖面以下強(qiáng)風(fēng)化層厚度分別為1.12～2.8m、1.34～2.5m、4.88～5.5m，中風(fēng)化層厚度分別為1.12～3.2 m、1.34～3.1m、4.88～6.8 m，基巖中滲透系數(shù) k=8×10-4～3.6×10-6cm/s，據(jù)GB50287-99《規(guī)范》可定其為微～中等透水層，ω≥5Lu的有 9.44m/ZK1、1.34m/ZK2、12.6m/ZK3，壩區(qū)基巖面以下漏水層深度為15m。經(jīng)觀測，壩基滲漏總量10～12L/S；壩區(qū)存在繞壩肩滲漏，兩壩肩滲漏量13～14×10-3m3/s，漏水量隨庫水位升高而變大。

2.2 壩體滲漏

根據(jù)鉆探及試驗(yàn)資料分析，壩土體天然含水量最高達(dá)30%，干容重1.22t/m3，天然容重1.72t/m3，其飽和容重和飽和度均較高，壩體填料不標(biāo)準(zhǔn)，碾壓不密實(shí)，填筑質(zhì)量差，土料級配不合要求，壩身出現(xiàn)多處漏水，1992年經(jīng)三角堰觀測，壩體漏水量隨庫水位增高而增大，總漏水量達(dá)8L/s。

3.大壩穩(wěn)定評價(jià)結(jié)論

2003年3月銅仁地區(qū)水利電力勘測設(shè)計(jì)院組織工程技術(shù)人員對大壩抗滑穩(wěn)定進(jìn)行了較深入的分析，提出如下結(jié)議：

水庫大壩為砂頁巖風(fēng)化料填筑壩，壩坡穩(wěn)定分析采用畢肖普法進(jìn)行計(jì)算。上游壩坡無論是正常運(yùn)用情況還是非常運(yùn)用情況，穩(wěn)定安全系數(shù)K均滿足規(guī)范要求。下游壩坡無論是正常運(yùn)用情況還是非常運(yùn)用情況，穩(wěn)定安全系數(shù)K均不滿足規(guī)范要求。因此須對大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。

4.本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)大壩穩(wěn)定的分析和計(jì)算

庫區(qū)出露巖層受構(gòu)造裂隙切割，巖體破碎。根據(jù)壩基地質(zhì)條件，不存在深層滑動(dòng)的可能，只須復(fù)核壩體與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定。

本次設(shè)計(jì)按整體穩(wěn)定對壩基參數(shù)進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上提出了除險(xiǎn)加固處理措施。

4.1 有關(guān)參數(shù)的取值

經(jīng)現(xiàn)場勘察，鉆孔揭示，土工試驗(yàn)等資料反映，工程質(zhì)量較差。主要為筑壩土料及填筑質(zhì)量不合規(guī)范要求，土料中含有散性土體，土料碾壓不密實(shí)。通過鉆孔揭示和壓水試驗(yàn)。天然含水量（W）22%～30%，天然容重（rw）1.72 T/m3，干容重（rd）1.22 g/cm3，飽和容重（rs）1.81 g/cm3比重（GS）2.71，孔隙比（e）1.11，內(nèi)摩擦角（φ）17°，凝聚力（C）0.2 MPa浮容重 0.81 g/cm3，壩前沙質(zhì)淤泥浮容重（r）0.4 g/cm3，壩前沙質(zhì)淤泥內(nèi)摩擦角（φ）5°，壩前沙質(zhì)淤泥凝聚力C=6KPa，飽和慢剪（φ）＝16°、C＝26KPa，滲透系數(shù) K：K壩＝4×10-3cm/s，K基＝8×10-4～3.95×10-5cm/s。

4.2 整體穩(wěn)定分析

本次設(shè)計(jì)采用的整體穩(wěn)定計(jì)算過程，壩坡穩(wěn)定分析采用畢肖普法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式：

式中：K為穩(wěn)定安全系數(shù)；c為土條粘結(jié)力；b為條塊寬度；W為土條重量W＝W1+W2；W1為在壩坡外水位以上的條塊重量；W2為在壩坡外水位以下的條塊重量；φ為土料內(nèi)摩擦角；Ui為水庫水位降落前壩體中的孔隙壓力；a為條塊的重力線與通過此條塊底面中的半徑之間的夾角；V垂直地震慣性力（向上為正，向下為負(fù)）；Mc水平地震慣性力對圓心的力矩t.m；R滑弧半徑m。

計(jì)算結(jié)果見表1：

表1 各工況大壩上下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)表

由以上的數(shù)據(jù)分析可知：水庫大壩上游壩坡最小穩(wěn)定安全系數(shù)Kmin均大于[K]，上游壩坡穩(wěn)定滿足要求。下游壩坡最小穩(wěn)定安全系數(shù)Kmin均小于[K]，下游壩坡穩(wěn)定不滿足要求。

5.大壩除險(xiǎn)加固措施

5.1 大壩防滲處理

由安全鑒定結(jié)論得知：該大壩壩身、壩肩及壩下涵洞均存在嚴(yán)重的滲漏問題，致使大壩存在嚴(yán)重的安全隱患，故需作防滲處理。

由鉆探、注水、壓水、觀測及收集的大壩施工竣工資料等成果得知，原壩基混凝土防滲齒槽防滲效果較差，壩基滲漏未得到較好的解決，壩基需作防滲處理。大壩兩壩肩及大壩壩身的滲漏嚴(yán)重，壩身及兩壩肩需作防滲處理。

由于基礎(chǔ)和大壩壩身均需防滲，故防滲不考慮壩體軸線帷幕灌漿方案，而擬采用復(fù)合土工膜結(jié)合土工膜嵌入齒槽的帷幕灌漿防滲，復(fù)合土工膜防滲齒槽軸線的布設(shè)將按沿壩腳的方式布設(shè)，以便于壩身防滲與壩基防滲形成一個(gè)封閉連續(xù)的整體，從而獲得最佳的防滲效果。基礎(chǔ)防滲齒槽開挖好后，表面打成鋸齒形，再在上面澆筑C15混凝土和漿砌塊石，以固定復(fù)合土工膜。

5.1.1 復(fù)合土工膜鋪設(shè)采用人工粘結(jié)，先用LDJ-246膠將每米自重為200g的土工膜粘貼在壩面上，中間鋪搭0.8 mm厚的土工膜，搭接寬度為5 cm，上層再鋪設(shè)每延長自重為300 g的土工。土工膜底面粘土夯實(shí)平整，表面鋪細(xì)沙，沙粒徑1～5 mm，厚度10cm，細(xì)沙表面鋪粗沙或小碎石，粗沙（碎石）粒徑5～15mm，厚度20 cm，然后是塊碎石，厚度25 cm，以防止受陽光照射和人工、機(jī)械沖擊破壞。

此外，土工膜還應(yīng)滿足如下的規(guī)范要求：應(yīng)盡量用寬幅，減少拼接量，在加工工廠應(yīng)盡量采用熱溶法或膠粘法，拼成要求尺寸的塊體，卷在鋼管上，妥善運(yùn)至工地。搭接寬度10cm。平整場地，清除地面一切可能損傷土工膜的尖角雜物，作好排滲設(shè)施，挖好固定溝。鋪設(shè)應(yīng)在干燥暖和天氣進(jìn)行，鋪設(shè)時(shí)不應(yīng)過緊，應(yīng)留足夠余幅(大約1.5%)，以便適應(yīng)變化。隨鋪隨壓，以防風(fēng)吹。發(fā)現(xiàn)損傷，應(yīng)立即修補(bǔ)。注意防火。

5.1.2 復(fù)合土工膜與岸坡連接時(shí)采用刺墻形式，壓腳齒槽斷面2×2m，鋪設(shè)方向沿壩軸線方向。

5.1.3 帷幕灌漿采用沖擊鉆鉆機(jī)鉆孔，中壓灌漿泵泵送漿液，灌漿方式采用自上而下分段灌漿，每一灌漿段長度控制在5m左右，灌漿平臺(tái)采用φ40鋼管搭架。

5.2 大壩下游面培厚加固處理

由上述大壩的壩坡穩(wěn)定計(jì)算知，大壩下游壩坡不穩(wěn)，存在嚴(yán)重安全隱患，在不增加壩高的前提下，須對大壩下游面進(jìn)行培厚加固處理。

下游壩坡培厚采用與原壩體同類料碾壓填筑，土料自然濕容重1.8～1.95 t/m3，同時(shí)，在壩坡表層下設(shè)置導(dǎo)滲溝，在馬道內(nèi)側(cè)及兩岸邊坡設(shè)置排水溝，壩面仍采用草皮護(hù)坡，培厚后壩坡比為1：2.5。在高程715.50、705.50和700.00 m處設(shè)有三級馬道，馬道寬均為2m，馬道內(nèi)側(cè)設(shè)有30×30cm排水溝。

6.結(jié)語

道溝屯水庫除險(xiǎn)加固工程于2009年4月開始實(shí)施，目前已全部完成。大壩壩體和壩基接觸滲漏在水庫正常蓄水位時(shí)滲漏量已基本為零，說明壩體和壩基接觸滲漏問題得到了解決。

道溝屯水庫大壩綜合考慮壩基處理及壩體施工實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)時(shí)按整體進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算上游能滿足規(guī)范要求，下游不能滿足規(guī)范要求;通過對穩(wěn)定分析可知，在長期滲漏侵蝕軟化作用下，隨著壩基基巖抗滑力學(xué)指標(biāo)的降低，將逐漸影響大壩的安全，必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理;大壩按整體進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析，經(jīng)必要的壩體培厚加固和灌漿處理后可滿足規(guī)范要求，有利于節(jié)省工程投資。